Author: JORG.. HERMANN
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LA MAITRISE ET LE CONTROLE DES PROCEDES DE TRAITEMENT DES MATERIAUX PAR LASER NECESSITENT LA COMPREHENSION DES MECANISMES D'INITIATION ET DE DEVELOPPEMENT DU PLASMA FORME LORS DE L'INTERACTION LASER-CIBLE EN PRESENCE D'UN GAZ AMBIANT. LE PLASMA, OBTENU DANS LE CAS DE L'IRRADIATION D'UNE CIBLE DE TITANE PAR UN LASER TEA-CO#2 PULSE, A ETE CARACTERISE ET SON EVOLUTION SPATIO-TEMPORELLE SUIVIE PAR SPECTROSCOPIE D'EMISSION. L'EXPANSION DE LA VAPEUR METALLIQUE APRES LA PHASE PLASMA A ETE DETECTEE PAR FLUORESCENCE INDUITE PAR LASER. LES MESURES ONT ETE FAITES EN VARIANT SYSTEMATIQUEMENT LES PARAMETRES INTERVENANTS DANS LE PROCESSUS D'INTERACTION, C'EST-A-DIRE: LA FORME TEMPORELLE DE L'IMPULSION LASER, SON ENERGIE, LA PRESSION DU GAZ AMBIANT ET LA NATURE DU GAZ (HE, AR, N#2). LES RESULTATS EXPERIMENTAUX ONT ETE COMPARES AVEC LES SEUILS D'INTENSITE DE VAPORISATION ET D'INITIATION DU PLASMA DETERMINES RESPECTIVEMENT A L'AIDE D'UN MODELE THERMIQUE ET D'UN CALCUL BASE SUR LA BALANCE D'ENERGIE DES ELECTRONS. L'ANALYSE DES SURFACES IRRADIEES PAR MICROSCOPIE ELECTRONIQUE AINSI QUE LA COMPARAISON AVEC LES OBSERVATIONS DU PLASMA ONT PERMIS DE CARACTERISER L'INTERACTION PLASMA-SURFACE ET DE DEFINIR LE ROLE DU PLASMA DANS LE COUPLAGE D'ENERGIE ENTRE LE FAISCEAU LASER ET LA SURFACE. EN ATMOSPHERE D'AZOTE L'INTERACTION CONDUIT A LA SYNTHESE SUPERFICIELLE DU NITRURE DE TITANE
Author: CORINNE.. NOUVELLON
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Languages : fr
Pages : 163
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L'ABLATION LASER COUPLEE A LA SPECTROMETRIE D'EMISSION OPTIQUE EST UNE TECHNIQUE A FORT POTENTIEL POUR L'ANALYSE ELEMENTAIRE DE MATERIAUX CAR ELLE POSSEDE PEU DE CONTRAINTES DE MISE EN UVRE ET EST UTILISABLE POUR DE NOMBREUX MATERIAUX. LE PRINCIPE CONSISTE A ANALYSER L'INTENSITE EMISE LORS DE LA DESEXCITATION DES ESPECES DU PLASMA CREE PAR FOCALISATION D'UN FAISCEAU LASER SUR L'ECHANTILLON A ANALYSER. POUR QUE L'ANALYSE ELEMENTAIRE SOIT QUANTITATIVE, LE PLASMA DOIT ETRE REPRESENTATIF DU MATERIAU A ANALYSER. NOTRE OBJECTIF EST DE DETERMINER LES PARAMETRES FONDAMENTAUX DE L'INTERACTION LASER-MATIERE QUI INFLUENCENT LA CONSERVATION DE LA STCHIOMETRIE ENTRE LA CIBLE ET LE PLASMA CREE LORS DE L'ABLATION DE METAUX PAR UN LASER UV A PRESSION ATMOSPHERIQUE DANS UN DOMAINE DE FLUENCES DE 10 A 255 J/CM 2. L'ETUDE DU COUPLAGE LASER-MATERIAU, NECESSAIRE POUR ANALYSER L'INTERACTION REELLE ENTRE LE LASER ET LA CIBLE, EST REALISEE A PARTIR DE L'OBSERVATION DES CRATERES OBTENUS DANS LES ECHANTILLONS. ELLE MET EN EVIDENCE QUE LA SURFACE D'INTERACTION EST UN PARAMETRE DETERMINANT. EN EFFET, L'EFFICACITE D'ABLATION EST PLUS ELEVEE ET LES CRATERES PLUS HOMOGENES LORSQUE LA SURFACE D'INTERACTION EST PLUS PETITE, CE QUI CORRESPOND A DES CONDITIONS POUR LESQUELLES L'ECRANTAGE DU LASER PAR LE PLASMA EST REDUIT. L'ANALYSE DU PLASMA EST EFFECTUEE DANS SA PHASE DE DESEXCITATION, APRES L'IMPULSION LASER. DANS DES ALLIAGES D'ALUMINIUM CONTENANT DU CUIVRE, DU MAGNESIUM ET DU ZINC A QUELQUES % NOUS OBSERVONS QUE LA COMPOSITION DU PLASMA EST IDENTIQUE A CELLE DE LA CIBLE, POUR DIFFERENTES CONDITIONS D'IRRADIATIONS (SURFACE D'INTERACTION, FLUENCE). DANS LES LAITONS (CU-ZN), LES COMPORTEMENTS DES DEUX ELEMENTS SONT DIFFERENTS. L'ANALYSE DU ZINC PEUT ETRE REALISEE QUELLES QUE SOIENT LES CONDITIONS D'IRRADIATION ALORS QU'ELLE N'EST POSSIBLE POUR LE CUIVRE QU'A FLUENCE ELEVEE (> 50 J/CM 2). CETTE ETUDE SYSTEMATIQUE DES LAITONS MET AINSI EN EVIDENCE L'IMPORTANCE DE LA FLUENCE SUR LA COMPOSITION DU PLASMA.
Author: MAMADOU.. KANE
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Languages : fr
Pages : 133
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CETTE THESE PORTE SUR LA CARACTERISATION DU SOUDAGE PAR LASER CO#2 CONTINU DE FORTE PUISSANCE, EN VUE D'ELABORER UN CONTROLE DU PROCEDE EN TEMPS REEL. LES MATERIAUX TRAITES SONT DE L'ACIER DOUX E24 ET UN ALLIAGE D'ALUMINIUM, AL 5083. LES GAZ DE PROTECTION UTILISES SONT L'HELIUM ET L'ARGON. LE PROCEDE A ETE FAIT DANS DES CONDITIONS PROCHES DES CONDITIONS INDUSTRIELLES DU SOUDAGE LASER. CE MEMOIRE EST COMPOSE D'UNE ETUDE THEORIQUE ET D'UNE PARTIE EXPERIMENTALE. DANS LA PARTIE THEORIQUE, NOUS PRESENTONS D'ABORD LES ASPECTS MACROSCOPIQUES DU PRINCIPE DU SOUDAGE PAR LASER ET NOUS MONTRONS QUE SA REUSSITE TECHNOLOGIQUE INCONTESTABLE DOIT BEAUCOUP A DES CONNAISSANCES EMPIRIQUES. LES TECHNIQUES UTILISEES POUR ELIMINER LES NOMBREUX INCONVENIENTS LIES A UN ECART DES PARAMETRES DE LEUR VALEURS OPTIMALES SONT PRESENTEES. CELA PERMET DE DONNER UNE PREMIERE APPROCHE DU COMPORTEMENT ET DES EFFETS CONTRADICTOIRES DU PLASMA LORS DE L'INTERACTION ENTRE LE FAISCEAU DE PUISSANCE ET LE MATERIAU. NOUS ETUDIONS AUSSI L'INTERACTION ENTRE UNE SOURCE LASER CONTINUE DE FORTE PUISSANCE (5000 W) ET UN METAL ET LES MECANISMES DE FORMATION DU PLASMA. NOUS DRESSONS UN INVENTAIRE DES PROCESSUS INTERDEPENDANTS ET DE LEURS EFFETS SUR LE PROCEDE ; CELA PERMET DE DEFINIR L'EXPRESSION ANALYTIQUE DU SEUIL D'ABSORPTION SUFFISANTE A UN REGIME DE SOUDAGE PROFOND. NOUS MONTRONS QUE LE PLASMA JOUE UN ROLE EQUIVOQUE, ETANT SOIT UNE SOURCE D'ENERGIE SECONDAIRE, SOIT UN ECRAN TOTAL AU FAISCEAU QU'IL ABSORBE AU DETRIMENT DE L'EFFICACITE DU PROCEDE. ENFIN LES METHODES DES DIAGNOSTIC LES PLUS COURANTES UTILISEES ACTUELLEMENT (OPTIQUES, ACOUSTIQUE, IMAGERIE) SONT PRESENTEES AVEC LES OUTILS THEORIQUES PERMETTANT DE MIEUX COMPRENDRE LES PHENOMENES INTERVENANT AU NIVEAU MACROSCOPIQUE. LA PARTIE EXPERIMENTALE REUNIT TOUS LES ELEMENTS UTILES A L'ACQUISITION ET AU TRAITEMENT DES DIZAINES DE SIGNAUX EMIS PAR LE PLASMA. NOUS OPTIMISONS LES PARAMETRES DU PROCEDE PAR LA DETERMINATION DES MAXIMA DE L'ELANCEMENT, RAPPORT ENTRE LA PROFONDEUR ET LA LARGEUR DU CORDON DE FUSION ET CRITERE DE QUALITE PERTINENT POUR L'EVALUATION DU PROCEDE. NOUS MONTRONS QUE L'ELANCEMENT EST MAXIMAL POUR LE MINIMUM D'INTENSITE D'EMISSION DU PLASMA DANS LE SPECTRE UV ET NOUS SOULIGNONS L'IMPORTANCE DE L'AUTOABSORPTION DANS CE PHENOMENE. NOUS EFFECTUONS ENSUITE UNE ANALYSE TEMPORELLE DE L'EMISSION DU PLASMA QUI CONFIRME CE RESULTAT ET QUI OUVRE SURTOUT DES VOIES INTERESSANTES POUR UN CONTROLE DU PROCEDE AU MOYEN DE DETECTEURS PHOTOELECTRIQUE ET/OU PYROELECTRIQUE. NOUS METTONS AUSSI EN EVIDENCE LA RELATION ENTRE L'EVOLUTION DU PIC DE LA FREQUENCE D'EXCITATION RF DU LASER DE PUISSANCE (24,7 KHZ) ET CELLE DES CONDITIONS D'INTERACTION. CETTE ETUDE A PERMIS DE TESTER UNE METHODOLOGIE D'ANALYSE FACILE A METTRE EN PLACE POUR UNE MEILLEURE COMPREHENSION DES ASPECTS MACROSCOPIQUES DU PROCEDE ET A LES RELIER A DES PHENOMENES PHYSIQUES PAR AILLEURS PLUS COMPLEXES. CES RESULTATS ORIGINAUX POURRONT ETRE ETENDUS A D'AUTRES MATERIAUX ; L'ETUDE ENTAMEE AVEC DES CIBLES EN ALUMINIUM POURRAIT NOTAMMENT ETRE AVANTAGEUSEMENT APPROFONDIE. UNE PLUS GRANDE MAITRISE DU PROCEDE PAR UN CONTROLE SIMPLE DEVRAIT PERMETTRE UN DEVELOPPEMENT DANS L'INDUSTRIE D'UN OUTIL AU POTENTIEL D'EVOLUTION ENORME ET C'EST SANS DOUTE LA UN DES AXES DE RECHERCHE PRIORITAIRES DANS LE PROCHE AVENIR
Author: Eric Galtier
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Languages : fr
Pages : 189
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Cette thèse met à profit l'émergence des nouvelles sources de lumière de 4ème génération, les lasers à électrons libres, pour créer et caractériser un état de matière sous conditions extrêmes encore mal connu: la matière dense et tiède (WDM). Une expérience a permis d'étudier les transitions entre les différentes phases solide/WDM/plasma et de caractériser le mécanisme responsable de la thermalisation. L'impulsion laser XUV FLASH, de durée et d'énergie égales à environ 20 femtosecondes et 30 J respectivement, est micro-focalisée sur une cible solide et entraîne un chauffage isochore. L'intensité, supérieure à 1016 W.cm-2, n'a encore jamais été atteinte dans un tel contexte expérimental. Les spectres d'émission d'un plasma d'aluminium sont étudiés pour la première fois à l'aide d'un code couplant un algorithme génétique et un code de physique atomique, afin de remonter à l'évolution temporelle complète de l'interaction entre le laser XUV et la matière solide, et ce malgré l'intégration temporelle des spectres expérimentaux. La première preuve expérimentale de l'importance de l'effet Auger est établie pour le chauffage isochorique d'une cible d'aluminium. La première observation de l'émission X d'une cible de nitrure de bore irradiée sous conditions extrêmes a donné lieu à une étude préliminaire du phénomène. En parallèle, l'effet des électrons supra-thermiques sur la distribution des populations électroniques dans les niveaux d'énergie des ions est analysé et montre une importante similitude avec le processus de photo-ionisation à l'œuvre dans l'interaction laser XUV-matière.
Author: Gianfranco Tonon
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Languages : fr
Pages : 202
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Author: Séréna Bastiani-Ceccotti
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Languages : fr
Pages : 260
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DANS CETTE THESE NOUS AVONS ETUDIE EN DETAIL LES MECANISMES D'ABSORPTION DE L'ENERGIE LASER LORS DE L'INTERACTION D'UN LASER SUB-PICOSECONDE AVEC UNE CIBLE SOLIDE. LA SPECTROSCOPIE X DES RAIES DE RESONANCE ET DE LEURS SATELLITES NOUS A PERMIS DE CONNAITRE LES PARAMETRES DU PLASMA (DENSITE ET TEMPERATURE). EN VUE DE LA REALISATION D'UNE SOURCE X D'UNE BRILLANCE LA PLUS ELEVEE ET D'UNE DUREE LA PLUS COURTE POSSIBLE, DEUX TECHNIQUES D'OPTIMISATION DE L'ABSORPTION ONT ETE ETUDIEES. D'UNE PART NOUS AVONS UTILISE DES CIBLES A SURFACE MODULEE PERIODIQUEMENT POUR AUGMENTER, A TRAVERS LE COUPLAGE AVEC LES MODES DE SURFACE, L'ABSORPTION DE L'ENERGIE LASER A LA DENSITE DU SOLIDE. D'AUTRE PART, NOUS AVONS ETUDIE L'INTERACTION DU LASER AVEC UN PLASMA PRE-FORME, POUR OPTIMISER L'ABSORPTION DE L'ENERGIE A LA DENSITE CRITIQUE EN PROFITANT DE LA CREATION D'UN PROFIL DE DENSITE DETENDU. DANS CE DERNIER CAS, NOUS AVONS AUSSI ANALYSE LES CARACTERISTIQUES DES ELECTRONS SUPRA-THERMIQUES CREES PAR LES MECANISMES NON-LINEAIRES PRESENTS PENDANT L'INTERACTION. NOUS AVONS MIS EN EVIDENCE LA TRES FORTE INFLUENCE DE LA VALEUR DE LA LONGUEUR DU GRADIENT DE DENSITE SUR LES CARACTERISTIQUES DE CES ELECTRONS ET SUR L'EMISSION X, ET NOUS AVONS DETERMINE LA VALEUR DE LA LONGUEUR DE GRADIENT QUI PERMET D'OPTIMISER L'ABSORPTION ET L'EMISSION X.
Author: Christophe Couillaud
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Languages : fr
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LA PRESENTE ETUDE A POUR BUT DE MESURER LE RALENTISSEMENT ET LA DISTRIBUTION D'ETATS DE CHARGES D'IONS CUIVRE ACCELERES ENTRE 0,7 ET 0,8 MEV/U.M.A., TRAVERSANT DES PLASMAS D'ALUMINIUM OU DE CARBONE CREES PAR LASER. LA DETENTE DU PLASMA DANS LE VIDE EST MODELISEE AFIN DE CONNAITRE LES PROFILS DE DENSITE ET DE TEMPERATURE ELECTRONIQUE LORS DE L'INTERACTION. IL REPRODUIT LA TEMPERATURE ELECTRONIQUE MOYENNE ATTEINTE PENDANT LE CHAUFFAGE DE LA CIBLE PAR LE LASER ET MESUREE AU MOYEN DES DIAGNOSTICS IMPLANTES DANS LE CHAMBRE D'EXPERIMENTATION. LES VALEURS MOYENNES DE LA DENSITE LINEAIRE ET DE LA TEMPERATURE ELECTRONIQUE AU MOMENT DE L'INTERACTION SONT ENSUITE OBTENUES. CONFORMEMENT AUX PREDICTIONS THEORIQUES, LES MAXIMA DES DISTRIBUTIONS DE CHARGES EN SORTIE DU PLASMA SONT DECALES VERS LES HAUTS DEGRES D'IONISATION, CE QUI MONTRE QUE LA CHARGE DU PROJECTILE DANS LA CIBLE EST SUPERIEURE DANS UN PLASMA A CE QU'ELLE EST DANS LA MATIERE FROIDE. LA LARGEUR EN ETAT DE CHARGE DES DISTRIBUTIONS EST, QUANT A ELLE, PLUS FAIBLE QUE DANS LE CAS D'UNE CIBLE FROIDE. PARALLELEMENT, ON OBSERVE UN RENFORCEMENT DU POUVOIR D'ARRET DU PLASMA PAR RAPPORT A UNE CIBLE FROIDE, DU A LA PRESENCE DES ELECTRONS LIBRES. LES RESULTATS EXPERIMENTAUX SONT COMPARES AU CODE DE SIMULATION NEWHIF QUI SUIT L'EVOLUTION, PENDANT L'INTERACTION, DE LA CHARGE, DE L'ENERGIE ET DE LA TRAJECTOIRE DES IONS LOURDS DANS LE PLASMA
Author: Jean-Claude Couturaud (auteur d'une thèse de sciences.)
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Languages : fr
Pages : 202
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Author: Catherine Girault
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CE TRAVAIL, CONCERNANT L'ETUDE DU TRANSPORT DES ESPECES DANS LE PLASMA CREE LORS DE L'INTERACTION LASER-MATERIAU, COMPORTE TROIS PARTIES PRINCIPALES: LA PREMIERE EST RELATIVE A L'ANALYSE DU MILIEU PLASMA CREE PAR UN RAYONNEMENT LASER A 530 NM (YAG A 2W) ET 10600 NM (CO#2) AU-DESSUS D'UN SUBSTRAT METALLIQUE DE TITANE. APRES LA PRESENTATION D'UN MODELE SIMPLE PERMETTANT D'APPRECIER LA VITESSE D'EJECTION DE LA MATIERE ET DECRIVANT LA CREATION D'UN PLASMA AU-DESSUS D'UNE SURFACE EN COURS DE VAPORISATION, NOUS DEVELOPPONS LES RESULTATS D'UNE ETUDE EXPERIMENTALE APPROFONDIE PAR SPECTROSCOPIE D'EMISSION RESOLUE EN TEMPS DES PHENOMENES DE CREATION/DISPARITION DU PLASMA. UNE CORRELATION EST ETABLIE ENTRE CES OBSERVATIONS SPECTROSCOPIQUES ET LES RESULTATS DU MODELE, PERMETTANT D'ABOUTIR A DES HYPOTHESES SUR LES PHENOMENES MAJORITAIRES QUI REGISSENT L'INTERACTION, L'INFLUENCE DE LA LONGUEUR D'ONDE A LAQUELLE S'EFFECTUE L'IRRADIATION ETANT PLUS PARTICULIEREMENT MISE EN EVIDENCE. DANS LA DEUXIEME PARTIE, CES TRAVAUX SONT ETENDUS A UNE LONGUEUR D'ONDE PLUS COURTE (248 NM) ET A UN NOUVEAU TYPE DE MATERIAUX: LES POLYMERES. NOUS EXPOSONS LES RESULTATS OBTENUS SUR LES SEUILS D'ABLATION ET VITESSES DE GRAVURE DU POLYMETHYLMETHACRYLATE EN MONTRANT L'INFLUENCE SUR CES PARAMETRES D'UN RECUIT PREALABLE A L'IRRADIATION DES ECHANTILLONS. CETTE ETUDE EST COMPLETEE PAR LE DIAGNOSTIC SPECTROSCOPIQUE DU PANACHE D'INTERACTION QUI APPORTE DES ELEMENTS D'INFORMATION SUR SA COMPOSITION, SA TEMPERATURE, SA DENSITE ELECTRONIQUE ET SUR LES VITESSES D'EJECTION DES PRODUITS D'ABLATION. ENFIN, DANS LA TROISIEME PARTIE CONSACREE AU DIAGNOSTIC DU PANACHE PLASMA CREE LORS DE LA PULVERISATION PAR UN LASER A EXCIMERES KRF D'UNE CIBLE SUPRACONDUCTRICE MASSIVE DE TYPE YBACUO OU BISRCACUO, NOUS NOUS SOMMES ATTACHES A DEVELOPPER LA COMPREHENSION D'UN DES POINTS-CLES DE CETTE TECHNIQUE D'ELABORATION DE COUCHES MINCES, A SAVOIR LE TR
Author: Mihaela Cirisan
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Languages : fr
Pages : 268
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L’ablation laser dans l’air à la pression atmosphérique est souvent appliquée dans l’industrie, l’analyse chimique, la chirurgie, ... Pour un développement plus approfondi des technologies laser basées sur l’effet d’ablation, il est nécessaire de mieux comprendre les phénomènes à l’origine de l’interaction laser-matière. Lors d’un impact du faisceau laser sur la surface d’un matériau, une plume plasma se forme au dessus de la cible. Ce plasma contient des électrons, des atomes et des ions du matériau évaporé, ainsi que du gaz ambiant, s’il est présent. Lors de l’impulsion laser, cette plume absorbe une grande partie d’énergie du faisceau laser, réduisant ainsi la quantité du rayonnement laser qui arrive à la surface de la cible. Les dimensions, ainsi que les paramètres de cette plume plasma évoluent très rapidement avec le temps. L’étude de la dynamique et des paramètres de cette plume est très importante, parce qu’ils influent sur tous les processus physiques ayant lieu à la surface du matériau traité. Nous avons étudié l’expansion de la plume plasma formée lors de l’ablation des échantillons métalliques (Al, Ti, Fe) par faisceau laser Nd :YAG nanoseconde (durée d’impulsion : 5.1 ns, longueur d’onde : 1064 nm, irradiance de l’ordre de grandeur de GW/cm2) dans l’air à la pression atmosphérique en utilisant la technique d’imagerie rapide. Cette technique nous a permis d’observer l’évolution spatio-temporelle de la plume au début de son expansion. Les résultats obtenus indiquent que la plume d’ablation laser a une structure : deux régions ont été distinguées – le cœur et la périphérie de la plume. La dynamique de ces deux régions de la plume a été étudiée et les vitesses de leur expansion ont été déterminées. En plus, nous avons examiné l’influence de l’irradiance laser, ainsi que l’influence de la composition de la cible sur la dynamique de la plume. D’autre part, nous avons développé des modèles numériques sous COMSOL Multiphysics pour simuler le processus d’ablation laser. Un modèle thermique a été utilisé pour simuler l’interaction laser – cible. Les résultats de ce modèle ont été employés comme conditions à la limite du modèle hydrodynamique, utilisé pour simuler l’expansion de la plume du plasma dans l’air ambiant. Deux approches ont été proposées : approche microscopique et macroscopique. Les résultats de simulation basée sur l’approche macroscopique donnent l’évolution temporelle et distribution spatiale (1D) des paramètres de la plume : masse volumique, vitesse, pression.
